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如何抑制鈦酸鋰電池的脹氣?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年05月15日  

  目前抑制鈦酸鋰電池脹氣的解決方案主要有三種,第一、LTO負極材料的加工改性,包括改進制備方法和表面改性等;第二、開發(fā)與LTO負極相匹配的電解液,包括添加劑、溶劑體系;第三、提高電池工藝技術。


  (1)提高原材料純度,避免制造過程中雜質的引入。雜質顆粒不僅會催化電解質的分級產生氣體,同時也將大大降低鋰電池的性能、循環(huán)壽命和安全性,因此必須盡可能減少電池中雜質的引入。


  (2)鈦酸鋰表面覆蓋納米碳顆粒。負極LTO形成氣體的表觀原因是SEI膜形成較慢,較少,導致脹氣現(xiàn)象伴隨其一生。研究發(fā)現(xiàn),在鈦酸鋰和電解液界面之間建立隔絕層(如構建納米碳包覆層于鈦酸鋰表面(LTO/C),協(xié)同包覆層上形成的固體電解質界面(SEI)膜一方面減少了LTO材料與電解質的接觸面積,阻止氣體的產生。


  另一方面碳本身可以產生SEI膜彌補LTO的不足,同時還可以增強LTO材料的導電性。上述研究成果對解決鈦酸鋰電池產氣行為具有重要的意義,對高能量的鈦酸鋰動力電池設計與規(guī)模化應用和發(fā)展具有促進作用。


  (3)改善電解液功能性。對于新型電解液的開發(fā),很多專利都傾向于添加劑的使用,以促成在LTO表面形成致密SEI膜,來抑制LTO與電解液界面副反應的發(fā)生。某些電解劑添加劑,例如氟化的碳酸鹽和磷酸鹽,有利于在正極表面形成穩(wěn)定SEI膜,減少正極表面金屬離子的溶解,從而降低氣體的產生。


  成膜添加劑也能抑制產氣量,加入的成膜添加劑有硼酸鋰鹽、丁二腈或己二腈、R-CO-CH=N2結構的化合物(其中R為C1~C8的烷基或苯基)、環(huán)狀磷酸酯、苯基衍生物、苯乙炔衍生物、LiF添加劑等,這些成膜添加劑都有利于LTO表面形成SEI膜,一定程度上抑制了脹氣的發(fā)生。


  (4)正極表面涂層。在正極表面覆蓋穩(wěn)定的化合物,例如氧化鋁等能夠有效抑制金屬離子溶解。但是過于復雜的包覆層會抑制鋰離子脫嵌,影響材料電化學性能。


  (5)提高電池生產工藝。電池生產時,要控制環(huán)境濕度、操作過程水分引入等。從氣體的產生原因可知,空氣中的水分會與正極材料反應形成碳酸鋰并加速電解質分解,生成二氧化碳。此外,鈦酸鋰材料本身具有極強的吸水性(需要在干房進行操作),負極極片吸收水分后會與電解液可逆分解所產生的PF5反應生成H2,因此嚴格的水分控制至關重要。


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